Як фізики-ядерники приборкували "мирний атом”

"Іти на ви" з наслідками вибуху на ЧАЕС працівникам Інституту ядерної фізики НАН України довелося вже не тільки в теорії атома, а й на практиці – мінімізації впливу іонізуючих випромінювань. І саме поєднання фундаментальної науки з практикою ризику й відповідальності за долю мільйонів людей забезпечило з перших днів аварії кваліфікований підхід до з'ясування обставин катастрофи й того, як її долати. Ми публікуємо лише фрагментарний сухий звіт Інституту ядерних досліджень про його діяльність протягом 1986–1987 років. Цей документ дає розуміння масштабів катастрофи та всієї складності завдань, що постали, зокрема перед ядерниками.

Мобілізація

За перші три дні після аварії спеціалісти інституту провели дозиметричний контроль і дезактивацію понад 200 осіб, які прибули з місця аварії, практично безперервно вимірювали потужність експозиційної дози (ПЕД), вміст альфа- і бета-активних аерозолів у повітрі Києва.

2 травня 1986 року до Чорнобиля було відряджено заступника директора з наукових питань А. Линьова і завідувача відділу В. Карасьова.

Ураховуючи, що з перших днів після аварії майже всі співробітники інституту брали участь у роботах з ліквідації наслідків аварії (ЛНА) на ЧАЕС, Президія АН УРСР дозволила інституту внести зміни в тематичний план, щоб зосередити зусилля працівників на цих роботах. Було виділено додаткові фінансові й матеріально-технічні ресурси, а також збільшено чисельність працівників інституту. Всі наступні роботи виконувалися згідно з дорученнями Президії АН УРСР та керівних органів республіки і СРСР.

Протягом 28 квітня – 14 червня 1986 року виконали спектральний аналіз 260 проб ґрунту, визначали рівні радіоактивного забруднення продуктів харчування, молока та молочних продуктів на всіх молокозаводах Києва.

У Центрі екологічних проблем атомної енергетики (ЦЕПАЕ) під науковим керівництвом В. Чумака 1986 року було виконано дослідження за темою "Розробка та впровадження методів контролю харчових продуктів і фуражу на радіометричній апаратурі радіологічних лабораторій".

“ШАТРО”

Та головну увагу приділяли пошкодженому четвертому енергоблоку, проблемам дезактивації проммайданчика і прилеглої території, організації водопостачання радіаційно-забруднених територій. У травні 1986-го спеціалісти інституту разом з іншими науковцями АН УРСР (інститутів напівпровідників, електродинаміки, фізики та ін.) розгорнули роботи з визначення стану зруйнованого реактора. У короткий термін було розроблено апаратуру, яка давала змогу визначати тепловий потік, температуру, потужність дози гамма-випромінювання та нейтронний потік у зруйнованому реакторі. Встановлені датчики й апаратура в перші місяці після аварії давали необхідні дані про його стан.

Після перших вимірів під і над четвертим блоком було встановлено 160 датчиків нейтронного потоку, потужності дози гамма-випромінювання і температури. У подальшому ці роботи стали базовими під час створення інформаційно-діагностичного комплексу (ІДК) "ШАТРО", який забезпечив контроль за станом залишків ядерного палива у зруйнованому реакторі.

Розвідка руїни реактора

За завданням Урядової комісії від 07.05.1986 р. група співробітників інституту у складі В. Гаврилюка, О. Ключнікова, В. Шевеля, П. Музальова провела дозиметричну розвідку навколо четвертого блока ЧАЕС для визначення стану зруйнованого реактора і наявності процесу ланцюгової реакції поділу в ньому, можливості проплавлення бетонних перекриттів, які розміщувалися під реактором, та оцінки ймовірності надходження значної маси розплавлених радіоактивних речовин у підземні води.

Потужності поглинутих доз гамма-випромінювання на проммайданчику вимірювали за допомогою індивідуальних дозиметрів гамма-нейтронного випромінювання. Пакети з дозиметрами (три одиниці в одному пакеті), закріплені на тросі довжиною 300 м, розміщували через певні інтервали на вибраних ділянках у різних напрямках. Експозиція становила одну годину. Результати вимірювань показали, що на відстані 50:100 м від стіни зруйнованого енергоблока потужність дози становила 0,2:0,8 Гр/год, а на відстані 150:300 м – 0,3:2,0 Гр/год. Проведені вимірювання склали основу програми робіт із дезактивації проммайданчика.

Досліджено просторово-часові розподіли температур, щільностей теплових потоків і потужностей доз гамма-випромінювання на поверхні зруйнованого четвертого енергоблока ЧАЕС, на поверхнях стін і стель приміщень, що прилягали до шахти реактора. Визначення інтеграла залишкового тепловиділення аварійного реактора показало, що охолодження зруйнованого реактора відбувається монотонно відповідно до закону радіоактивного розпаду накопичених у реакторі продуктів поділу.

У процесі досліджень створено експериментальну вимірювально-інформаційну систему, що забезпечила оперативний контроль і діагностику стану аварійного реактора з початку спорудження об'єкта "Укриття" із серпня 1986-го по вересень 1987 року.

Результати проведених досліджень використовував Інститут атомної енергії імені І.В. Курчатова АН СРСР під час наукового обґрунтування безпеки зруйнованого реактора на стадії спорудження об'єкта "Укриття".

Детекторний блок і зонди

У середині травня 1986-го декілька організацій спробували було виміряти температуру над розвалом центральної зали колишнього реактора четвертого блока ЧАЕС шляхом опускання з вертольота спеціальних зондів, та ці спроби виявилися невдалими.

Згідно з технічним рішенням від 26 травня 1986 року голова Урядової комісії Л. Воронін за рекомендацією академіка В.А. Легасова доручив інституту розробити технічну документацію, за якою необхідно було виготовити вимірювальний пристрій і провести вимірювання потужності дози гамма-випромінювання, інтенсивності потоку нейтронів, температури і теплового потоку на нижній поверхні бетонної опорної плити всередині приміщення басейну-барбатера. Детекторний блок установили приблизно посередині приміщення між осями на відстані півметра від підлоги. Сигнальний кабель довжиною 400 м від детектора вивели з приміщення на блок щита управління № 3 і під'єднали до вимірювача. Датчики теплового потоку й температури встановили на стелі приміщення басейну-барбатера.

Вимірювання, проведені 30 травня 1986 року співробітниками інституту І. Дурицьким, С. Беренбейном, Ю. Цогліним і А. Никоновим показали, що потужність гамма-випромінювання становила 8,0±0,1 Р/год, щільність теплового потоку – 28±2,5 Вт/м2, температура – 80±20° С, число зареєстрованих нейтронних імпульсів – 1,00±0,20 імп./с.

На початку червня того-таки року для контролю потужності дози гамма-випромінювання і температури в підреакторному просторі зруйнованого четвертого блока співробітники інституту виготовили гнучкий пересувний зонд, обладнаний датчиками температури і напівпровідниковими дозиметрами. Шляхом послідовного пересування вимірювальних зондів у трубопровідній трасі охолодження системи управління та захисту реакторної установки на відстанях 14 і 18 м було проведено вимірювання й одержано значення температури відповідно 30±5 і 45±5° С і потужності дози гамма-випромінювання відповідно 120±10 і 150±10 Р/год.

Результати вимірювань дали можливість зробити важливий висновок: небезпека проплавлення будівельних конструкцій у нижній частині підреакторного простору відсутня. Результати цих досліджень стали науково-технічним обґрунтуванням проведення робіт для створення нижньої захисної плити, дали змогу вперше дати об'єктивну оцінку низки параметрів активної зони реактора і на їхній основі підготувати відповідні рекомендації. Рішенням Урядової комісії від 25 липня 1986 року співробітникам інституту В. Гаврилюку, О. Ключнікову, І. Дурицькому, С. Беренбейну та іншим було оголошено подяку.

Масштабність радіонуклідного забруднення після Чорнобильської аварії, присутність "гарячих" часток, характер міграції радіонуклідів у біоту і, відповідно, оцінка віддалених екологічних наслідків вимагали від науковців розробки нової дозиметричної апаратури й удосконалення наявної.

Під керівництвом В. Тришина для спектрального аналізу зразків створили автоматизований напівпровідниковий спектрометр, оснащений персональним комп'ютером. Спектрометр був атестований НВО "ВНІФТРІ" імені Д.І. Менделєєва (свідоцтво №8/86 від 17.06.1986 р.). На ньому до першого серпня було виконано понад 5000 спектральних аналізів. Результати вимірів передали до Урядової комісії, різних міністерств і відомств.

За завданням Урядової комісії під керівництвом В. Халіманчука виконано цикл фізичних розрахунків для реактора типу РБМК-1000 в аварійному режимі. Теоретично досліджено ефективність органів регулювання реактора залежно від розподілу щільності теплоносія і щільності потоку теплових нейтронів висотою технологічних каналів для четвертого енергоблока ЧАЕС. За матеріалами даної роботи підготовлено звіт "Зміна реактивності при зануренні системи управління і захисту РБМК-1000 в активну зону", який було передано в Міненерго СРСР.

Урядова комісія поклала на інститут і розробку штатної системи контролю та діагностування аварійного реактора четвертого енергоблока ЧАЕС, результати якого стали науково-технічним обґрунтуванням розробки технічного завдання на інформаційно-діагностичний комплекс (ІДК) "Шатро".

Пряме обстеження

Уведення в експлуатацію третього блока, який був розташований на загальній опорній плиті фундаменту з четвертим аварійним блоком, висунуло вимогу гарантованого підтвердження дієздатності технологічних каналів (ТК) після довготривалого (протягом року) позаштатного водно-хімічного режиму першого контуру, який виник унаслідок аварійної обстановки. Критичною ланкою яких стало зварювальне з'єднання "сталь–цирконій", схильне до корозії за довготривалого виробничого простою енергоблока.

У відділі радіаційного матеріалознавства під науковим керівництвом В. Карасьова (відповідальні виконавці А. Шинаков і С. Мамич) розробили й розрахунково-експериментальну модель прогнозування експлуатаційного ресурсу, обстежили стан 380 потенційно небезпечних технологічних каналів із штуцерами зварювальних з'єднань "сталь–цирконій", схильними до міжкристалічної корозії. Частину каналів вилучили з активної зони для уточнення стану зварювання прямим матеріалознавчим обстеженням у "гарячих" камерах дослідницького реактора ВВР-М Інституту ядерних досліджень і з'ясували: прості і позапроектні водно-хімічні параметри контуру охолодження РБМК-1000 не вплинули на стан конструктивних елементів технологічних каналів порівняно із штатними умовами експлуатації. Отже, міжвідомча комісія прийняла рішення про можливість подальшої експлуатації третього енергоблока ЧАЕС.

У відділі радіаційної фізики під науковим керівництвом П. Литовченка (відповідальні виконавці Л. Барабаш і В. Хіврич) проводили наукові дослідження, за висновками яких було створено напівпровідникові датчики гамма- та нейтронного випромінювання, які в подальшому були використані для вимірювань на ЧАЕС.

Згідно з рішенням Урядової комісії у приміщенні басейну-барбатера четвертого блока ЧАЕС було введено в експлуатацію датчик для вимірювань щільності потоку нейтронів.

У роботах з мінімізації наслідків аварії на ЧАЕС за період з 1986-го по 1987 рік брали участь 197 співробітників інституту і СКТБ з ДВ, із яких 115 одержали посвідчення учасника ЛНА на ЧАЕС. За самовіддану працю, творчу ініціативу та успішне виконання поставлених перед Інститутом ядерних досліджень завдань із ліквідації наслідків аварії на ЧАЕС, його співробітників було відзначено державними нагородами: В. Агеєва – орденом "Знак Пошани", В. Гаврилюка – орденом Трудового Червоного Прапора, В. Чумака – орденом Дружби народів, О. Ключнікова, В. Шевеля, Ю. Цогліна – Почесними грамотами Президії Верховної Ради УРСР. Директору інституту І.Вишневському присвоєно почесне звання "Заслужений діяч науки УРСР". Інших учасників робіт відмічено подяками Президії АН УРСР та преміями.